Study of the mechanism of current-induced magnetism and the enhancement of the effect by strong electron correlation

• Project/Area Number: 19H02583
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Furukawa Tetsuya 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (10756373)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2019: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
• Keywords: 電流誘起磁性 / 電気磁気効果 / スピン軌道相互作用 / 空間反転対称性の破れ / 強相関電子系 / ジャイロトロピック / 核磁気共鳴 / 半導体 / 磁性 / スピントロニクス

Outline of Research at the Start

本研究は最近発見された電流誘起磁性（電流を流すことで物質が磁性を帯びるという特異な性質）の機構を解明するとともに、強相関効果（電子間の強い相互作用による効果）による電流誘起磁性の巨大化を目指す。電流誘起磁性の発現機構は、単体半導体Teを用いて電気伝導を担うキャリアの性質を様々に変えたときの電流誘起磁性を観測し考察することで明らかにする。強相関効果による電流誘起磁性の巨大化は、カイラル磁性体という特殊な磁性体などを用いたときの電流誘起磁性を観測することで検証する。

Outline of Final Research Achievements

In this project, we demonstrate the bulk current-induced magnetization and study its mechanism. We performed the nuclear magnetic resonance (NMR) under an electric current for both right-handed and left-handed crystals of tellurium that has a chiral crystal structure with broken inversion symmetry. The magnetic-field-direction dependence and the carrier-density dependence of current-induced NMR shift provide the insight into the relation between the current-induced magnetization and a band structure.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、反転対称性を持たない結晶における電流誘起磁性の存在をより確実なものとする実験結果を得ることに成功し、さらにそのメカニズムについて、バンド構造との関係を理解することができた。これらの成果はバルク電流誘起磁性という新現象をいかに検出するかについての手段を確立し、また、この現象をより広い物質系について探索し考察する際の指針を与えるものであり、今後スピントロニクスなどへの応用が期待されるものである。

Research Products

• [Journal Article] Emergence of unconventional spin glass-like state in k-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl by introducing weak randomness (2021)
  • Author(s): Yamamoto Riku、Furukawa Tetsuya、Miyagawa Kazuya、Sasaki Takahiko、Kanoda Kazushi、Itou Tetsuaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 104 Issue: 15 Pages: 155107-155107
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.155107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current-induced magnetization caused by crystal chirality in nonmagnetic elemental tellurium (2021)
  • Author(s): Furukawa T.、Watanabe Y.、Ogasawara N.、Kobayashi K.、Itou T.
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 3 Issue: 2 Pages: 023111-023111
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.023111
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electronic Griffiths Phase in Disordered Mott-Transition Systems (2020)
  • Author(s): Yamamoto Riku、Furukawa Tetsuya、Miyagawa Kazuya、Sasaki Takahiko、Kanoda Kazushi、Itou Tetsuaki
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 124 Issue: 4 Pages: 046404-046404
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.046404
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual electronic state of Sn in AgSnSe2 (2020)
  • Author(s): Naijo Y.、Hada K.、Furukawa T.、Itou T.、Ueno T.、Kobayashi K.、Mazin I. I.、Jeschke H. O.、Akimitsu J.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Issue: 7 Pages: 075134-075134
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.075134
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Superconducting Properties of AgSnSe2 Studied by 77Se-NMR and 119Sn-NMR (2020)
  • Author(s): Watanabe K.、Naijo Y.、Hada K.、Furukawa T.、Itou T.、Ueno T.、Kobayashi K.、Akimitsu J.
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 30 Pages: 11057-11057
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011057
  • Peer Reviewed
• [Presentation] カイラル半導体Teの不純物散乱領域における非相反磁気抵抗 (2022)
  • Author(s): 須藤健太, 古川哲也, 小笠原直輝, 高橋武士, 小林夏野, 伊藤哲明, 木俣基
  • Organizer: 第77回日本物理学会年次大会
• [Presentation] エックス線照射により分子欠陥を導入した強相関有機超伝導体の赤外分光測定 (2022)
  • Author(s): 佐藤直道, 桐野友輝, 井口敏, 古川哲也, 杉浦栞理, 米山直樹, 池本夕佳, 森脇太郎, 佐々木孝彦
  • Organizer: 第77回日本物理学会年次大会
• [Presentation] 擬二次元有機導体におけるモット転移近傍の量子臨界現象とスピン液体状態の研究 (2022)
  • Author(s): 古川哲也
  • Organizer: 第77回日本物理学会年次大会
• [Presentation] カイラル半導体Teの非相反磁気抵抗における量子振動 (2021)
  • Author(s): 須藤健太, 古川哲也, 小笠原直輝, 高橋武士, 小林夏野, 伊藤哲明, 木俣基
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 500時間照射されたκ-(ET)2Cu[N(CN)2]Clのパルス電流印加下NMR測定と電流による電子の遅いゆらぎの増大 (2021)
  • Author(s): 山本陸, 齋藤悠貴, 石井翔大, 渡辺真帆, 古川哲也, 宮川和也, 佐々木孝彦, 鹿野田一司, 伊藤哲明
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 傾斜エックス線照射により分子欠陥を導入した強相関分子性導体の赤外反射スペクトル測定II (2021)
  • Author(s): 佐藤直道, 桐野友輝, 井口敏, 古川哲也, 杉浦栞理, 米山直樹, 池本夕佳, 森脇太郎, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] カイラル半導体Teにおける電流誘起NMRシフトの磁場角度依存性 (2021)
  • Author(s): 古川哲也, 小笠原直輝, 伊藤哲明, 平田倫啓, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] カイラル半導体Teにおける量子振動と非相反伝導 (2021)
  • Author(s): 須藤健太, 古川哲也, 小笠原直輝, 高橋武士, 小林夏野A, 伊藤哲明, 木俣基
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 急冷法による(d8-DMe-DCNQI)2Cuの準安定相の性質とその発現条件 (2021)
  • Author(s): 房前勲, 園部裕貴, 関澤拓也, 山本陸, 南館孝亮, 古川哲也, 伊藤哲明, 加藤礼三
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 傾斜エックス線照射により分子欠陥を導入した強相関分子性導体の赤外反射スペクトル測定 (2021)
  • Author(s): 佐藤直道, 桐野友輝, 井口敏, 古川哲也, 杉浦栞理, 米山直樹A, 池本夕佳, 森脇太郎, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] エックス線照射した分子性ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3における赤外分光 (2020)
  • Author(s): 桐野友輝, 佐藤直道, 井口敏, 古川哲也, 杉浦栞理, 米山直樹, 池本夕佳, 森脇太郎, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 傾斜エックス線照射した分子性有機導体κ-(BEDT-TTF)2Xの赤外分光 (2020)
  • Author(s): 佐々木孝彦, 佐藤直道, 古川哲也, 杉浦栞理, 井口敏, 米山直樹, L. Kang, 赤木和人, 池本夕佳, 森脇太郎
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 傾斜エックス線照射により分子欠陥を導入したκ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brの赤外反射スペクトル測定 (2020)
  • Author(s): 佐藤直道, 桐野友輝, 井口敏, 古川哲也, 杉浦栞理, 米山直樹, 池本夕佳, 森脇太郎, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 極性半導体ウルツ鉱CdSeのパルス電流下NMR測定 (2020)
  • Author(s): 渡邉勘太, 小笠原直輝, 秋本慎之介, 上田桂右, 内條雄介, 古川哲也, 伊藤哲明
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会（2020年）
• [Presentation] Symmetry considerations of current-induced bulk magnetization in gyrotropic material (2019)
  • Author(s): T. Furukawa, Y. Watanabe, N. Ogasawara, K. Tanaka, K. Kobayashi, T. Itou
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bulk Edelstein effect in chiral semiconductor elemental tellurium (2019)
  • Author(s): T. Furukawa, Y. Watanabe, N. Ogasawara, K. Tanaka, K. Kobayashi, T. Itou
  • Organizer: Summit of Materials Science 2019 and GIMRT User Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 三方晶Teにおける電流誘起NMRシフトの磁場極性依存性と電流誘起磁性の関係 (2019)
  • Author(s): 小笠原直輝, 渡邉悠太, 田中光児, 古川哲也, 小林夏野, 伊藤哲明
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会